(57)【要約】【課題】  車両用灯具の前面に付着した雪や水滴を除去するための発熱体を備える灯具において、発熱体における消費電力の低減を図る。【解決手段】  ランプボディ内に内装された発光体としてのＬＥＤ６と、ランプボディの前面開口を覆いＬＥＤ６で発光した光を透過させる前面カバーを加熱する発熱体としての抵抗素子１０とを備え、ＬＥＤ６と抵抗素子１０とを電源ＢＡＴに対して直列に接続する。抵抗素子を半導体素子の電流制限用抵抗として利用するとともに、抵抗素子に通流する電流によって抵抗素子を発熱して前面カバーを加熱する。抵抗素子１０における消費電力を発熱用電力として利用できるため、抵抗素子１０をＬＥＤ６と並列に電源接続する場合に比較して灯具全体における消費電力が低減できる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプボディ内に内装された発光体としての半導体素子と、前記ランプボディの前面開口を覆い前記半導体素子で発光した光を透過させる前面カバーと、前記前面カバーを加熱する発熱体としての抵抗素子とを備え、前記半導体素子と前記抵抗素子とを電源に対して直列に接続したことを特徴とする車両用灯具。
【請求項２】
前記電源は定電流源であり、前記抵抗素子を短絡する短絡手段と、前記短絡手段を短絡動作させる短絡制御手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
【請求項３】
前記短絡制御手段は、前記抵抗素子に通流する電流の通流時間を制御して抵抗素子の発熱量を制御する構成であることを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用灯具のレンズや透明カバー等の前面カバーに付着した雪を融雪し、あるいは付着した水滴を蒸発除去するためのヒータを備えた車両用灯具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用灯具では光源の前面側に配設したレンズや透明カバー等の前面カバーに雪や水滴等が付着すると、当該前面カバーにおける光の透過効率が低下し、灯具の配光効果や照明効果が低下される。そのため、前面カバーに付着した雪や水滴を除去する必要があり、従来では光源として用いている電球を点灯させたときに生じる熱で融雪や水滴除去を行っている。近年、省電力や高寿命化を目的としてＬＥＤを光源とする灯具が提供されているが、この種の灯具ではＬＥＤで生じた熱によりＬＥＤ自身が熱破壊することを防止するためにＬＥＤ自体の昇温を防止するような構成がとられているため、ＬＥＤで発生する熱を利用して融雪や水滴除去を期待することは困難である。
【０００３】
そのため、近年の灯具では、特許文献１のように灯具の光透過カバーやケーシングの内外あるいは近傍に通電したときに発熱する抵抗体等からなるヒータを配設しておき、必要時にヒータに通電して加熱させることで融雪や水滴除去を行っている。このようにすることで、特許文献１では光透過カバーに付着した雪、雨等によってキセノンランプから出射された光が光透過カバーを透過する際に損失を受け、ランプの照明効果が低下することを防止している。
【特許文献１】特開２００２−１６６７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のようにヒータに通電して融雪や水滴除去をする構成では、ヒータにおける消費電力が問題になる。例えば、図８はＬＥＤ６を光源とする灯具におけるＬＥＤ発光回路の回路図であり、直列接続した複数のＬＥＤ６には電流制限用の抵抗Ｒｘを接続して電源（車載バッテリ）ＢＡＴに接続し、この電流制限用抵抗ＲｘによってＬＥＤ６に所要の電流を通流する。また、灯具の前面カバーを加熱するために設けた発熱体としてのヒータ（抵抗素子）Ｈは融雪スイッチＳＷ２を介してＬＥＤ６と並列になるように電源ＢＡＴに接続し、ＬＥＤ６とは並列な経路で電源ＢＡＴからヒータＨに電流を通流する構成がとられている。そのため、このＬＥＤ発光回路では、ヒータＨを加熱する際にはＬＥＤ６とは独立した電力を消費することになり、すなわちＬＥＤ６の発光に寄与しない電流を消費することになり、その分消費電力が増大し、ひいては自動車の燃費が悪化する要因になる。
【０００５】
本発明の目的は、融雪あるいは水滴除去のための発熱体を備える灯具において、発熱体における消費電力の低減を図った車両用灯具を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の車両用灯具は、ランプボディ内に内装された発光体としての半導体素子と、ランプボディの前面開口を覆い半導体素子で発光した光を透過させる前面カバーと、前面カバーを加熱する発熱体としての抵抗素子とを備え、半導体素子と抵抗素子とを電源に対して直列に接続したことを特徴とする。
【０００７】
本発明において、電源は定電流源で構成し、抵抗素子を短絡する短絡手段と、短絡手段を短絡動作させる短絡制御手段とを備えることが好ましい。また、短絡制御手段は抵抗素子での発熱量を制御することが可能に短絡時間を制御可能に構成することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の車両用灯具によれば、半導体素子に発熱体としての抵抗素子を電源に対して直列に接続し、抵抗素子を半導体素子の電流制限用抵抗として半導体素子に通流する電流を制御するとともに、抵抗素子に通流する電流によって抵抗素子を発熱し、前面カバーを加熱する。抵抗素子における消費電力を発熱用電力として利用できるため、抵抗素子を半導体素子と並列に電源接続する場合に比較して灯具全体における消費電力が低減できる。また、発熱体としての抵抗素子の電流−電圧特性の非線形性によって電圧の変動に対する半導体素子の電流変動を抑制し、半導体素子における発光光量を所定の光量に制御する。
【０００９】
半導体素子と抵抗素子を定電流源に接続し、抵抗素子を短絡するための手段を備えることで、抵抗素子を短絡してその発熱を停止し、抵抗素子による消費電力を低減する一方で半導体素子における一定の発光量を確保する。抵抗素子の短絡時間を制御することで発熱量を制御し、前面カバーを融雪や水滴除去に適切な温度に制御する。
【実施例１】
【００１０】
次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。ここでは本発明の灯具を自動車のヘッドランプに適用した実施形態を示しており、図１はその斜視図、図２はそのＡＡ線に沿う拡大断面図、図３はその部分分解概略斜視図である。図１に示すように、自動車ＣＡＲの左右前部に配置されるヘッドランプＨＬは、図２及び図３に示すように樹脂製のランプボディ１を有しており、このランプボディ１の前面に開口された前面開口には自動車ＣＡＲの車体形状に沿って緩やかな曲面からなる三次面形状の透明樹脂からなる前面カバー（以下、透明カバーと称する）２が装着され、前記ランプボディ１と前記透明カバー２とでランプ室が形成されている。前記透明カバー２はその周縁部２ａにおいて前記ランプボディ１の前記開口縁１ａに接着あるいは熱溶着等によって固定されている。そして、前記ランプ室内にはベース４、ホルダ５、ＬＥＤ６、電気コード７で構成される光源ユニット３とリフレクタ８が内装支持されている。
【００１１】
前記ベース４は樹脂成形によって形成されており、ほぼ全面に階段状をした複数の段部４１を備え、ネジ４２により前記ランプボディ１に固定されている。前記段部４１は自動車の上下方向及び左右方向に向けて階段状に形成されており、各段部４１を包絡したときに前記透明カバー２にほぼ平行な三次曲面を構成するように形成されている。各段部４１にはそれぞれホルダ５が嵌着され、このホルダ５にディスクリート型のＬＥＤ６が保持される。前記ホルダ５は、前面が開口された微小な矩形の容器形状に構成されており、前記ベース４の段部４１に取着される。また、複数の各ホルダ５にわたって絶縁被覆を有する電気コード７が延設され、この電気コード７によって各ＬＥＤ６への通電が行われている。すなわち、ホルダ５の前面開口には前記電気コード７が対をなして延設されており、前記ホルダ５の前面開口にＬＥＤ６の一対の並行なリード端子を挿入すると、挿入したリード端子６１の縁部が電気コード７の絶縁被覆内に切り込まれ、切り込んだときに各リード端子６１が内部導体に電気接触することで各ＬＥＤ６に対する電気接続が行われる。
【００１２】
一方、前記ベース４の裏面には前記各ＬＥＤ６を発光するための電気回路を構成する制御回路基板９が取り付られている。この制御回路基板９は前記電気コード７に電気接続される一方で、図外のバッテリに接続するための電源コード９１及びコネクタ９２に接続されている。また、前記ベース４の前面側には、前記ＬＥＤ６で発光した光を自動車の前方に向けて反射するためのリフクレタ８が配設され、ネジ８１により前記ベース４に固定されている。前記リフレクタ８には前記各ＬＥＤ６を挿通する開口穴８２と、この開口穴８２の周囲に形成されてＬＥＤ６で発光した光を前方に向けて反射する回転放物面状の反射面８３が形成されている。
【００１３】
前記透明カバー２の内面には発熱体（ヒータ）としての線状をした抵抗素子１０が表面からみて波状パターンに配設された上で当該透明カバー２と一体的に形成されている。ここでは透明カバー２のほぼ全面にわたって抵抗素子１０を配設しているが、必要な領域にのみ配設してもよい。あるいは、透明カバー２のにおける抵抗素子１０の配設密度を適宜に変化させてもよい。この抵抗素子１０は例えば透明カバー２を成形する金型に当該抵抗素子１０を配設した状態で樹脂成形を行うことによって製造する。前記抵抗素子１０の両端１０ａ，１０ｂは透明カバー２の周縁部２ａの一部に露呈され、この露呈した部分が電極として構成されている。また、前記ランプボディ１の前記開口縁１ａの一部には前記制御回路基板９からランプボディ１の内面に沿って延長されたリード線９３に接続される一対の電極９３ａ，９３ｂが固定支持されており、前記透明カバー２をランプボディ１に取着したときに抵抗素子１０の各電極１０ａ，１０ｂとリード線９３の各電極９３ａ，９３ｂが互いに接触して電気接続され、抵抗素子１０が制御回路基板９に電気接続されるようになっている。
【００１４】
図４は前記ＬＥＤ６と前記抵抗素子１０を含んで前記制御回路基板９に構成されるＬＥＤ発光回路の回路図である。このＬＥＤ発光回路は、図２に示した電源コード９１は、コネクタ９２及び自動車のダッシュボードに配設されているランプスイッチＳＷ１を介して車載バッテリＢＡＴに接続されている。前記ベース４に配列された複数のＬＥＤ６は前述のように電気コード７により直列に接続されて前記制御回路基板９に電気接続され、さらにこの制御回路基板９を介して前記抵抗素子１０に直列接続されている。ここで、前記抵抗素子１０は車載バッテリＢＡＴの電圧と、直列接続されている複数個のＬＥＤ６の内部抵抗及びその個数に基づき、各ＬＥＤ６を所要の輝度で発光させるのに好適な抵抗値となるように設計されている。
【００１５】
このＬＥＤ発光回路では、ランプスイッチＳＷ１をオンにすると車載バッテリＢＡＴの電力がＬＥＤ６及び抵抗素子１０の直列回路に印加され、所要の電流がＬＥＤ６及び抵抗素子１０に通流される。これによりＬＥＤ６が発光され、発光された光はリフレクタ８で反射され、あるいはＬＥＤ６から直接前方に出射され、透明カバー２を透過して外部に出射されてヘッドランプＨＬを点灯状態とする。また、同時に抵抗素子１０は通流された電流により発熱し、透明カバー２を加熱する。これにより透明カバー２は昇温され、表面に付着した雪を融雪し、あるいは水滴を蒸発させ、これらの雪や水滴等によってＬＥＤ６から出射される光の配光特性や照明効果が低下することが防止される。
【００１６】
このＬＥＤ発光回路では、抵抗素子１０はＬＥＤ６に通流する電流を制御するための抵抗として、図８に示した従来のＬＥＤ発光回路に存在していた電流制限抵抗Ｒｘと同じ機能を発揮するものであり、したがって本実施例のように抵抗素子１０をＬＥＤ６と直列に接続しても消費電流が増加することはない。その一方で、従来では電流制限抵抗Ｒｘによって消費された電力を本実施例では抵抗素子１０における発熱に利用することができるため、図８の従来のＬＥＤ発光回路のようにＬＥＤ６と並列にヒータＨを接続した回路に比較して車載電源における消費電力を低減することができる。これにより、消費電力を増大することなく所要の輝度でＬＥＤ６を発光させるとともに透明カバー２に付着した雪や水滴の除去が可能になる。
【００１７】
また、このように発熱体として用いている抵抗素子１０は発熱により抵抗値が非線形に変化する特性をもっている。すなわち、図５は抵抗素子１０の電流−電圧特性の一例を示す図であり、抵抗素子１０に加わる電圧が低く発熱温度が低いときには電流−電圧特性の傾きは大きいが、電圧が高くなって発熱温度が高くなってくると傾きが小さくなるという非線形特性を有している。そのため、実施例１のように発熱体としての抵抗素子１０をＬＥＤ６の電流制限用抵抗として接続すれば、電圧が低い領域では電圧変化に追従してＬＥＤ６の電流を変化させることができるが、電圧が高い領域では電流の変化に対するＬＥＤ６の電流の変化を抑制することができ、ＬＥＤ６の発光量を所定の発光光量に制御することが可能になる。
【実施例２】
【００１８】
図６は実施例２のＬＥＤ発光回路の回路図であり、実施例１のヘッドランプＨＬに適用した例である。基本的には実施例１のＬＥＤ発光回路と同じであるが、ここでは複数のＬＥＤ６に対して発熱体としての抵抗素子１０を直列に接続しており、その上でこれらＬＥＤ６と抵抗素子１０を電源としての車載バッテリＢＡＴで駆動する定電流回路２０に接続している。定電流回路２０はここではＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、負荷電流検出抵抗２２と、負荷電流制御部２３で構成されている。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は車載バッテリＢＡＴのＤＣ電圧を昇降圧する構成であり、コンデンサＣ，インダクタンスＬ，トランスＴ，スイッチング素子としての電界効果トランジスタＦＥＴで構成されて既に知られている回路構成であるのでその基本的な構成及び動作の説明は省略するが、電界効果トランジスタＦＥＴを負荷電流制御部２３からのＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってオン・オフ制御することにより、そのオン時間割合によってＤＣ昇圧電圧を制御する。また、負荷電流検出抵抗２２は前記ＬＥＤ６及び抵抗素子１０と直列に接続されてＬＥＤ６及び抵抗素子１０を流れる電流を電圧Ｖｄとして検出する。負荷電流制御部２３は負荷電流検出抵抗２２によって検出した電流（電圧Ｖｄ）に基づき、当該電圧Ｖｄが一定となるように前記電界効果トランジスタＦＥＴのオン時間をＰＷＭ制御することでＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧が一定となるようにフィードバック制御する。これにより、定電流回路２０はＬＥＤ６及び抵抗素子１０を通流する電流が所定の電流に制御することになる。
【００１９】
また、実施例２では前記抵抗素子１０と並列に短絡素子としてバイポーラトランジスタ（以下、トランジスタと称する）Ｔｒ１が接続されている。すなわち、トランジスタＴｒ１のコレクタとエミッタをそれぞれ抵抗素子１０の両端に接続する。また、ベースは温度制御部３０に接続されており、外部からの制御信号Ｓ１に基づいて動作する温度制御部３０からの制御電流Ｉｃが当該ベースに供給されるようになっている。前記温度制御部３０は図１〜３に示したヘッドランプＨＬの透明カバー２の温度を調整するためのものであり、図示は省略するが外気温等を検出するセンサの出力が前記制御信号Ｓ１として入力され、外気温の変化に追従して前記制御電流Ｉｃを制御することが可能とされている。この制御電流ＩｃによりトランジスタＴｒ１はオン又はオフとなり、オンしたときには抵抗素子１０を短絡する。なお、ここでは温度制御部３０はトランジスタＴｒ１のオン・オフのデューティ時間を制御することができるように制御電流Ｉｃを所定の周期で制御するように構成されているものとする。
【００２０】
実施例２のＬＥＤ発光回路では、定電流回路２０での定電流制御によってＬＥＤ６及び抵抗素子１０には常時一定の電流が供給されるため、特にＬＥＤ６は所定の輝度で発光されることになり、ヘッドランプＨＬに要求される輝度を満たすことができる。また、同時に抵抗素子１０にも一定の電流が通流されるため抵抗素子１０は所定の発熱量で発熱し、透明カバー２を加熱することになる。これにより、透明カバー２に付着した雪を融雪し、水滴を蒸発して除去することが可能になる。
【００２１】
一方、透明カバー２に雪や水滴が付着していないとき、あるいは付着するおそれがないときには、外気温センサからの制御信号Ｓ１に基づき温度制御部３０はトランジスタＴｒ１のベースに通流する制御電流Ｉｃを制御してトランジスタＴｒ１をオンにする。これにより抵抗素子１０はトランジスタＴｒ１によって電気的に短絡されるため、抵抗素子１０に電流は流れなくなり抵抗素子１０は発熱せず、透明カバー２が加熱されることはない。これにより、抵抗素子１０における無駄な消費電力を解消し、実施例１のＬＥＤ発光回路のように常時抵抗素子１０に電流が通流されている回路に比較して消費電力が削減される。また、このとき抵抗素子１０が短絡されることでＬＥＤ６とは直列に接続されない状態となるが、定電流回路２０によりＬＥＤ６の電流は所定の電流に保持され、所定の発光光量は確保される。
【００２２】
また、透明カバー２に雪や水滴が付着するような外気温の状態になると、外気温センサからの制御信号Ｓ１により温度制御部３０はトランジスタＴｒ１の制御電流Ｉｃを周期的に制御し、トランジスタＴｒ１のオン・オフのデューティ時間（デューティ比）を制御する。そのため、トランジスタＴｒ１がオフして抵抗素子１０がＬＥＤ６に接続される状態と抵抗素子１０が短絡している状態の時間割合が変化制御されることになり、抵抗素子１０が発熱している時間、すなわち抵抗素子１０における発熱量が変化され、結果として透明カバー２の温度を調整することが可能になる。したがって、透明カバー２に雪が付着するような状況のときには透明カバー２の温度を高くして融雪効果を高め、水滴が付着するような場合には付着した水滴を除去する程度の温度にまで下げることができる。例えば、ヘッドランプＨＬの透明カバー２に雪が付着しているようなときに、ヘッドランプＨＬの点灯直後は抵抗素子１０をフルパワーで発熱させて高速の融雪を行い、融雪が完了した後は抵抗素子１０に通流する電流をオン・オフ制御して抵抗素子１０における消費電力を軽減する。これにより、抵抗素子１０により消費される電力を抑制することができ、同時に透明カバー２を過剰に加熱することが防止でき、透明カバー２を構成している透明樹脂の熱による劣化を防止することが可能になる。
【００２３】
実施例１，２では便宜的に複数のＬＥＤを１列に接続し、これに１つの抵抗素子を直列接続した構成を示したが、実際には多数のＬＥＤをそれぞれ複数個ずつ複数例に並列接続した構成を採用することがあるが、この場合には複数のＬＥＤの各列にそれぞれ抵抗素子を直列に接続するようにしてもよい。あるいは複数のＬＥＤ列に対して１つの抵抗素子を共通に直列接続するようにしてもよい。
【００２４】
実施例２では１つの抵抗素子と１つの短絡素子を備えてデューティにより電流の通流を制御する構成であるが、図７に示すように、ＬＥＤ６に対して複数の抵抗素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃを並列に接続するとともに、各抵抗素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれに短絡素子としてトランジスタＴｒａ，Ｔｒｂ，Ｔｒｃをそれぞれ接続し、これらのトランジスタＴｒａ，Ｔｒｂ，Ｔｒｃを温度制御部３０によって選択して短絡動作させるようにしてもよい。この構成では任意のトランジスタＴｒａ，Ｔｒｂ，Ｔｒｃを選択するだけで抵抗素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃを選択して発熱させ、透明カバー２における温度調整が可能となるので、温度制御部３０の構成を簡易化する上で有効である。なお、抵抗素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及びトランジスタＴｒａ，Ｔｒｂ，Ｔｒｃは直列に接続してもよい。また、各抵抗素子を透明カバー２の任意の位置に配設することで、透明カバー２を部分的にあるいは重点的に温度上昇させるように構成することが可能である。
【００２５】
実施例２では、ＤＣ／ＤＣコンバータを利用して定電流源を構成しているが、他の定電流回路を採用することも可能である。また、抵抗素子の短絡手段としてバイポーラトランジスタを用いているが、リレースイッチ或いはＦＥＴで構成することも可能である。
【００２６】
実施例１，２では本発明をヘッドランプに適用しているが、ＬＥＤを光源とし前面のレンズやカバーに付着した雪や水滴を除去するための発熱体が必要とされる車両用灯具であれば、フォグランプ、テールランプ、リアコンビネーションランプ、ターンシグナルランプ等の灯具の種類に限定されるものでないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明をヘッドランプに適用した自動車の外観斜視図である。
【図２】図１のヘッドランプのＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図３】図１のヘッドランプの部分分解斜視図である。
【図４】実施例１のＬＥＤ発光回路の回路図である。
【図５】発熱体からなる抵抗素子の電流−電圧特性図である。
【図６】実施例２のＬＥＤ発光回路の回路図である。
【図７】実施例２の変形例の回路図である。
【図８】従来のＬＥＤ発光回路の回路図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ランプボディ
２  透明カバー
３  光源ユニット
４  ベース
５  ホルダ
６  ＬＥＤ
７  電気コード
８  リフレクタ
１０  抵抗素子（発熱体）
２０  定電流回路
２１  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２  負荷電流検出抵抗
２３  負荷電流制御部
３０  温度制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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